环境工程基础完整版.ppt

本节内容 3 4气态污染物控制技术3 4 1气态污染物种类与性质3 4 2气态污染物一般净化方法3 4 3SO2去除技术3 4 4NOX去除技术3 4 5VOC去除技术 3 4 1气态污染物种类与性质 种类 SO2 NOX HC CO VOC 酸碱性 SO2气体呈酸性 NH3气体呈碱性溶解性 SO2 NOX 水氧化还原性 CO 碳氢化合物 VOC等呈还原性 NOX呈氧化性 可吸附性 HC VOC 活性炭 说明 HC烃类 VOC versatileorganiccarbon 挥发性有机物 3 4 2气态污染物一般净化方法 1 冷凝法2 燃烧法3 吸收法4 吸附法5 催化转化法 1 冷凝法 利用物质在不同温度下具有不同饱和蒸汽压的性质 对气体进行冷却 使处于蒸汽状态的有害物质冷凝成液体 从废气中分离出来 达到净化的目的 适于高浓度有害气体的去除常作为吸收 吸附 燃烧灯净化过程的前处理 2 燃烧法 利用氧化燃烧或高温分解的原理 把有害气体转化为无害气体的方法 直接燃烧法催化燃烧法适用于可燃或高温分解的物质不能回收有用物质 但可回收热量 3吸收法 原理 利用污染物在吸收液中的溶解性 气液平衡原理常见污染气体的平衡溶解度 右图 4 吸附法 利用某些多孔性固体吸附剂来吸附去除有害气体的方法 常用的气体吸附剂有 活性碳分子筛活性氧化铝吸附过程 物理吸附 化学吸附 反应 常用作深度净化 5 催化转化法 含污染物气体通过催化床层发生催化反应 使污染物转化为无害或易于处理的物质 应用 工业尾气和烟气去除SO2和NOx有机挥发性气体VOCs和臭气的催化燃烧净化汽车尾气的催化净化 3 4 3SO2去除技术 1 SO2产生源2 源头控制3 燃烧中同步控制4 末端治理A 吸收法B 催化转化法C 吸附法 1 SO2产生源 人类使用的化石燃料都含有一定量的硫 燃料燃烧时 其中的硫大部分转化为SO2人为活动是SO2大量排放的主要原因 大部分的控制方法可用以下反应表示 硫氧化物的污染 早期局地环境中二氧化硫的浓度升高近100年来二氧化硫等酸性气体导致的酸沉降最近二氧化硫等气态污染物形成的二次微细粒子 硫循环与硫排放 我国SO2排放的行业特点 控制技术 燃烧前常规脱硫技术 煤炭洗选 物理洗煤 化学洗煤 微生物洗煤煤炭气化 液化燃烧中脱硫技术 型煤技术循环流化床燃烧燃烧后脱硫技术 烟气脱硫 2 燃烧前脱硫技术 1 煤炭洗选技术同原煤相比 可节能10 左右 可减少二氧化硫排放量40 60 洗选煤方法可分为物理法 微生物法和化学法 广泛采用物理法中的重介质 跳汰和浮选技术 重介质法是利用密度介于煤和矸石之间的液体作为分选介质进行选煤 分选介质通常采用磁铁矿粉与水配制成的悬浮液 跳汰选煤是利用被选煤在上下波动的变速脉动将相对密度不同的煤和矸石分开 浮选是利用煤和矸石的颗粒亲水性及疏水性的差异 将其在浮选液中分开 我国以物理选煤为主 跳汰占59 重介质占23 浮选占14 燃烧前脱硫技术 2 煤炭的转化煤的气化采用空气 氧气 CO2和水蒸气作为气化剂 在气化炉内反应生成不同组分不同热值的煤气移动床 流化床和气流床三种方法煤的液化通过化学加工转化为液态烃燃料或化工原料等液体产品直接液化和间接液化 燃烧前脱硫技术 3 重油脱硫在催化剂作用下通过高压加氢反应 切断碳与硫的化学键 使氢与硫作用形成H2S从重油中分离直接脱硫和间接脱硫 3 燃烧中脱硫技术 1 型煤加工技术型煤是用煤粉搀加少量固硫剂加工压制成具有一定强度和形状的煤制品型煤有民用型煤和工业型煤两类 型煤固硫率一般在50 左右 并可节煤和减少烟尘排放 燃烧中脱硫技术 2 流化床燃烧技术流化床燃烧是把燃料煤和吸附剂 石灰石或白云石 加入燃烧室的床层中 从炉底鼓风使床层悬浮 形成湍流混合进行燃烧 主要特点是 1 燃烧温度低温范围 NOX的生成量仅为煤粉炉的1 3 1 4 可将石灰石粉直接混入煤粒脱硫 2 燃料适应性强 床内97 98 为惰性物料 热容量大 可燃用劣质燃料 燃烧效率达95 99 3 燃烧强度大 床内传热能力强 4 可用较低成本在燃烧过程中实现脱硫 同时降低NOX排放 流化床燃烧脱硫 流化床脱硫的化学过程脱硫剂 石灰石 CaCO3 白云石 CaCO3 MgCO3 炉内化学反应流化床燃烧方式为脱硫提供了理想的环境CaSO4的摩尔体积大于CaCO3 由于孔隙堵塞 CaO不可能完全转化为CaSO4 流化床燃烧脱硫 4 燃烧后脱硫 燃烧设施直接排放的SO2浓度通常为10 4 10 3数量级 由于SO2浓度低 烟气流量大 烟气脱硫通常比较昂贵 世界上目前应用最广泛的石灰 石灰石脱硫技术 占烟气脱硫装机容量的80 以上 其它烟气脱硫技术 催化转化吸收技术 适合高浓度 低尘尾气 吸附脱硫技术 低尘 石灰 石灰石湿法吸收脱硫 吸收剂 石灰石或石灰浆液 反应原理 石灰 石灰石湿法工艺流程 吸收剂储槽 石灰石研磨 制浆 石灰制浆 含尘烟气 再热器 去烟囱 固液分离 第二级固液分离 固体废物 石灰 石灰石湿法烟气脱硫 吸收的正常工作范围 石灰石石灰PH值5 8 6 28液气比 l m310 45 6浆液浓度 12 1512钙硫比1 31 1气速 米 秒 2 4 32 4 3SO2脱除率70 75 90 95 石灰 石灰石湿法烟气脱硫 影响运行的主要因素 脱硫率 反应剂利用率结垢和堵塞 腐蚀和磨损脱硫渣利用脱硫渣成分 干燥后 石灰石脱硫石灰脱硫CaCO3335CaSO3 2H2O5873CaSO4 2H2O911Ca OH 2 11 石灰 石灰石法烟气脱硫 结垢种类蒸发结垢Ca OH 2和CaCO3沉积或结晶CaSO3 CaSO4结晶防止结垢措施控制PH值 过低软垢 过高硬垢 高液气比 降低过饱和度 冲刷 晶种 减少设备结垢 循环池鼓氧强制氧化 降低SO42 浓度 石灰 石灰石湿法烟气脱硫 改进的石灰 石灰石法烟气脱硫添加剂要求 有缓冲作用 酸度在碳酸和亚硫酸间 如 己二酸作用 提高脱硫率 抑制液体界面上pH下降 促进吸收 减少结垢 己二酸钙可溶 其它湿法烟气脱硫技术 双碱法用碱金属盐类 K Na 或碱溶液吸收SO2用石灰或石灰石再生吸收脱硫回流液得硫酸钙沉淀 再生液返回系统循环使用 如 Na2CO3和石灰双碱 一般Na补充量为0 05mol molSO2反应 再生 Na2CO3 半干法烟气脱硫 喷雾干燥吸收法脱硫技术 于七十年代中期在美国开发优点 脱硫产物呈干态 无需除雾器及烟气再热器 不产生微量金属元素污染的废水设备不易腐蚀投资费用低缺点 吸收剂采用石灰浆 费用较高 吸收剂利用率低 Ca S 1 5 效率80 用于高硫煤时经济性差 喷雾干燥吸收法烟气脱硫 工艺流程 喷雾干燥吸收法烟气脱硫 化学过程 生石灰制浆 SO2被液滴吸收 吸收剂与SO2的反应 液滴中过饱和沉淀析出 部分 液 被溶于液滴中的氧气所氧化 喷雾干燥吸收法烟气脱硫 喷雾干燥法Ca S比值一般为1 5 2 0 典型脱硫渣成分 飞灰64 79 CaSO3 2H2O14 24 CaSO4 2H2O2 1 4 Ca OH 21 2 5 当固体废物中未反应的吸收剂量小于5 时 固体废物是无害的 可采用与飞灰相同的处理处置方法 见颗粒污染物去除方法 干法烟气脱硫技术 炉内喷钙尾部增湿法 在80年代开始应用 吸收剂在炉膛出口喷入 避免了吸收剂的烧死失活 Ca S在2以上时 脱硫率可达60 工艺系统简单 脱硫费用低 炉内喷钙工艺特别适用于老锅炉的改造 炉内喷钙尾部增湿法 脱硫原理在第一阶段 石灰石粉用气力喷射到炉膛的上方 温度900 1250 的区域 CaCO3 CaO CO2 CaO SO2 O2 CaSO4CaO SO3 CaSO4在第二阶段 烟气在活化器中喷入雾化水 进行增湿 烟气中未反应的CaO与水反应形成含湿的Ca OH 2颗粒或浆滴 与烟气中剩余的SO2反应 CaO H2O Ca OH 2Ca OH 2 SO2 H2O 1 2O2 CaSO4 H2O 炉内喷钙尾部增湿法流程 石灰石主粉仓 计量仓 锅炉 活化器 ESP 烟气脱硫工艺的综合比较 主要涉及因素脱硫效率钙硫比脱硫剂利用率脱硫剂的来源脱硫副产品的处理处置对锅炉原有系统的影响对机组运行方式适应性的影响占地面积流程的复杂程度动力消耗工艺成熟度 燃煤二氧化硫污染控制技术综合评价 评价指标1 技术成熟度 依脱硫技术目前所处的开发阶段 分为实验室 中试 示范和商业化四个阶段2 技术性能 包括脱硫效率 处理能力 技术复杂程度 占地情况 再热需要及副产品利用等 反映技术的综合性能3 环境特性 环境特性根据处理后烟气的SO2排放量与排放标准比较进行评价4 经济性 选用技术的总投资和SO2单位脱硫成本为综合经济性的评价指标 燃烧前和燃烧中技术综合评价 烟气脱硫技术技术综合评价 5 高浓度SO2尾气的回收和净化 冶炼厂 硫酸厂和造纸厂等工业 SO2浓度通常2 40 化学反应式反应1为放热反应 温度低时转化率高工业上一般采用多层催化床层 催化转化脱硫净化工艺 吸附法 SO2是一种以被吸附的气体 常用的吸附剂是活性碳 活性炭具有催化转化功能 吸附机理 第一步 物理吸附 无水蒸汽与氧气存在 第二步 化学反应 需要氧气与水蒸汽存在 反应式 活性碳脱附再生方法 加热再生 洗涤再生 NOX去除技术 1 NOX产生源2 燃烧控制3 末端治理A 催化还原法B 吸附法C 吸收法 NOX的来源 NOx包括N2O NO N2O3 NO2 N2O4 N2O5大气中NOx主要以NO NO2的形式存在NOx的来源固氮菌 雷电等自然过程 5 108t a 人类活动 5 107t a 燃料燃烧占90 95 以NO形式 其余主要为NO2由于人类活动处于集中空间范围 显示污染特性 NOX的性质 N2O 单个分子的温室效应为CO2的200倍 并参与臭氧层的破坏 NO 大气中NO2的前体物质 是形成光化学烟雾的活跃组分 NO2 硝酸酐 有强烈刺激性 来源于NO的氧化 是酸沉降的重要组成之一 燃烧过程NOx的形成机理 形成机理燃料型NOx燃料中的固定氮生成的NOx热力型NOx高温下N2与O2反应生成的Nox瞬时NOx低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NOx NOX的主要形成机理 热力型NOX的形成产生NO和NO2的两个重要反应上述反应的化学平衡受温度和反应物化学组成的影响 平衡时NO浓度随温度升高迅速增加 控制NOx形成的主要因素空气 燃料比 控制过氧量 燃烧区温度及其分布 燃烧控制 低NOX燃烧技术 传统低NOx燃烧技术1 低氧燃烧降低NOx的同时提高锅炉热效率CO HC 碳黑产生量增加 传统低NOx燃烧技术 2 降低助燃空气预热温度燃烧空气由27oC预热到315oC NO排放量增加3倍 传统低NOx燃烧技术 3 烟气循环燃烧降低氧浓度和燃烧区温度 主要减少热力型NOx 传统低NOx燃烧技术 4 两段燃烧技术第一段 氧气不足 烟气温度低 NOx生成量很小 第二段 二次空气 CO HC完全燃烧 烟气温度低 先进的低NOx燃烧技术 原理 低空气过剩系数运行技术 分段燃烧技术1 炉膛内整体空气分级的低NOx直流燃烧器炉壁设置助燃空气 燃尽风 喷嘴类似于两段燃烧技术 先进的低NOx燃烧技术 2 空气分级的低NOx旋流燃烧器一次火焰区 富燃 含氮组分析出但难以转化二次火焰区 燃尽CO HC等 先进的低NOx燃烧技术 3 空气 燃料分级的低NOx燃烧器空气和燃料均分级送入炉膛一次火焰区下游形成低氧还原区 还原已生成的NOx 烟气脱硝技术 脱硝技术的难点处理烟气体积大NOx浓度相当低NOx的总量相对较大 烟气脱硝技术 1 选择性催化还原法 SCR 氨作为还原剂催化剂 贵金属 碱性金属氧化物还原反应潜在氧化反应 SCR脱硝技术流程 SCR烟气脱硝的温度影响 烟气脱硝技术 2 选择性非催化还原法 SNCR 尿素或氨基化合物作为还原剂 较高反应温度化学反应同样 需要控制温度避免潜在氧化反应发生 烟气脱硝技术 3 吸收法碱液吸收必须首先将一半以上的NO氧化为NOxNO NO2 1效果最佳 吸收法烟气脱硝 强硫酸吸收 烟气脱硝技术 4 吸附法吸附剂 活性炭 分子筛 硅胶 含氨泥煤NOx和SO2联合控制技术吸附剂 浸渍碳酸钠的 Al2O3反应式再生 天然气 CO NOX控制技术经济比较 LNB 低氮氧化物燃烧AOFA 改进燃尽风法SCR 选择性催化还原SNCR 选择性非催化还原 3 4 5VOC去除技术 1 VOC来源与性质2 源头控制A 替代原料及工艺B 呼吸损耗控制3 末端治理A 冷凝法B 燃烧法C 微生物净化法D 吸收E 吸附法 VOC概念 VOC Volatileorganiccompound 中文名 挥发性有机物 是指各种有机化合物的气体 如烃 醇 酚 醛 酯 多环及杂环化合物的气体 这些有机气体很多都具有毒性 同时是造成环境恶臭的主要来源 防止泄漏为主的预防性措施替换原材料改变运行条件更换设备等末端治理为主的控制性措施 VOC控制技术可分为两类 VOCs控制技术 源头控制 溶剂替代 呼吸 转移 损耗的概念 充入 呼吸和排空损耗 呼吸损耗 容积变化使容器产生 吸进和呼出 导致的有机物损耗 转移损耗控制方法 浮顶罐 用于储存大量的高挥发性的液体 用于密封的浮顶盖浮在液面上 使液面以上没有空隙 液体注入或流出时顶盖随之上下浮动 避免上面所讲述的呼吸损耗 转移损耗控制方法 阶段1控制 转移损耗控制方法 阶段2控制 末端治理 A冷凝法适于废气体积分数10 2以上的有机蒸气常作为其它方法的前处理 B燃烧法 直接燃烧适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气设备 燃烧炉 窑 锅炉温度1100oC左右火炬燃烧 产生大量有害气体 烟尘和热辐射 应尽量避免 B燃烧法 热力燃烧适于低浓度废气的净化温度低 540 820oC必要条件 温度 停留时间 湍流混合 催化氧化净化工艺 催化剂 Pt Pd 过渡金属 稀土 Al2O3等 VOCs的催化氧化 优点 无火焰燃烧 安全性好温度低 300 450oC 辅助燃料消耗少对可燃组分浓度和热值限制少 C吸收 洗涤 法 吸收工艺 吸收剂的要求对被去除的VOCs有较大的溶解性蒸气压低易解吸化学稳定性和无毒无害性分子量低 D吸附法 吸附工艺 活性炭吸附VOCs的性能最佳亦有部分VOCs不易解吸 不宜用活性炭吸附 E微生物净化 原理微生物将有机成分作为碳源和能源 并将其分解为CO2和H2O 工艺 生物洗涤塔 悬浮生长系统 生